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Nov 28, 2023

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Los ingenieros del MIT han desarrollado células solares de tela ultraligeras que pueden convertir rápida y fácilmente cualquier superficie en una fuente de energía.

Estas células solares duraderas y flexibles, que son mucho más delgadas que un cabello humano, están pegadas a una tela resistente y liviana, lo que las hace fáciles de instalar en una superficie fija. Pueden proporcionar energía sobre la marcha como un tejido eléctrico portátil o transportarse y desplegarse rápidamente en lugares remotos para ayudar en emergencias. Pesan una centésima parte de los paneles solares convencionales, generan 18 veces más energía por kilogramo y están fabricados con tintas semiconductoras mediante procesos de impresión que en el futuro podrán ampliarse a la fabricación en grandes superficies.

Debido a que son tan delgadas y livianas, estas células solares se pueden laminar sobre muchas superficies diferentes. Por ejemplo, podrían integrarse en las velas de un barco para proporcionar energía en el mar, adherirse a tiendas de campaña y lonas que se despliegan en operaciones de recuperación de desastres, o aplicarse a las alas de drones para ampliar su alcance de vuelo. Esta tecnología solar liviana se puede integrar fácilmente en entornos construidos con necesidades mínimas de instalación.

“Las métricas utilizadas para evaluar una nueva tecnología de células solares generalmente se limitan a su eficiencia de conversión de energía y su costo en dólares por vatio. Igual de importante es la integrabilidad: la facilidad con la que se puede adaptar la nueva tecnología. Los tejidos solares ligeros permiten la integrabilidad, dando impulso al trabajo actual. Nos esforzamos por acelerar la adopción de la energía solar, dada la urgente necesidad actual de implementar nuevas fuentes de energía libres de carbono”, afirma Vladimir Bulović, catedrático de Tecnología Emergente Fariborz Maseeh, líder del Laboratorio de Electrónica Orgánica y Nanoestructurada (ONE Lab), director de MIT.nano y autor principal de un nuevo artículo que describe el trabajo.

Junto a Bulović en el artículo se encuentran los coautores principales Mayuran Saravanapavanantham, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica e informática en el MIT; y Jeremiah Mwaura, científico investigador del Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT. La investigación se publica hoy en Small Methods.

Solar adelgazado

Las células solares de silicio tradicionales son frágiles, por lo que deben revestirse de vidrio y empaquetarse en una estructura de aluminio gruesa y pesada, lo que limita dónde y cómo pueden desplegarse.

Hace seis años, el equipo de ONE Lab produjo células solares utilizando una clase emergente de materiales de película delgada que eran tan livianos que podrían colocarse encima de una pompa de jabón. Pero estas células solares ultrafinas se fabricaron mediante procesos complejos basados ​​en el vacío, cuya ampliación puede resultar costosa y difícil.

En este trabajo, se propusieron desarrollar células solares de película delgada que sean completamente imprimibles, utilizando materiales a base de tinta y técnicas de fabricación escalables.

Para producir las células solares se utilizan nanomateriales en forma de tintas electrónicas imprimibles. Trabajando en la sala limpia MIT.nano, recubren la estructura de la célula solar utilizando un recubridor de ranura, que deposita capas de materiales electrónicos sobre un sustrato preparado y liberable que tiene solo 3 micrones de espesor. Mediante serigrafía (una técnica similar a cómo se añaden diseños a las camisetas serigrafiadas), se deposita un electrodo sobre la estructura para completar el módulo solar.

Luego, los investigadores pueden despegar el módulo impreso, que tiene aproximadamente 15 micrones de espesor, del sustrato de plástico, formando un dispositivo solar ultraligero.

Pero estos módulos solares delgados e independientes son difíciles de manejar y pueden romperse fácilmente, lo que dificultaría su despliegue. Para resolver este desafío, el equipo del MIT buscó un sustrato liviano, flexible y de alta resistencia al que pudieran adherir las células solares. Identificaron los tejidos como la solución óptima, ya que proporcionan resistencia mecánica y flexibilidad con poco peso añadido.

Encontraron un material ideal: un tejido compuesto que pesa sólo 13 gramos por metro cuadrado, conocido comercialmente como Dyneema. Este tejido está hecho de fibras tan fuertes que se utilizaron como cuerdas para levantar el crucero hundido Costa Concordia del fondo del mar Mediterráneo. Añadiendo una capa de pegamento curable por rayos UV, de apenas unas micras de espesor, se adhieren los módulos solares a láminas de este tejido. Esto forma una estructura solar ultraligera y mecánicamente robusta.

“Si bien podría parecer más sencillo imprimir las células solares directamente sobre la tela, esto limitaría la selección de posibles telas u otras superficies receptoras a aquellas que sean química y térmicamente compatibles con todos los pasos de procesamiento necesarios para fabricar los dispositivos. Nuestro enfoque desacopla la fabricación de células solares de su integración final”, explica Saravanapavanantham.

Eclipsando a las células solares convencionales

Cuando probaron el dispositivo, los investigadores del MIT descubrieron que podía generar 730 vatios de potencia por kilogramo cuando estaba independiente y alrededor de 370 vatios por kilogramo si se desplegaba sobre la tela Dyneema de alta resistencia, que es aproximadamente 18 veces más potencia por kilogramo. que las células solares convencionales.

“Una instalación solar típica en un tejado en Massachusetts es de unos 8.000 vatios. Para generar esa misma cantidad de energía, nuestra energía fotovoltaica textil sólo añadiría unos 20 kilogramos (44 libras) al techo de una casa”, afirma.

También probaron la durabilidad de sus dispositivos y descubrieron que, incluso después de enrollar y desenrollar un panel solar de tela más de 500 veces, las células aún conservaban más del 90 por ciento de su capacidad inicial de generación de energía.

Si bien sus células solares son mucho más ligeras y flexibles que las tradicionales, necesitarían estar revestidas de otro material para protegerlas del medio ambiente. El material orgánico a base de carbono utilizado para fabricar las células podría modificarse al interactuar con la humedad y el oxígeno del aire, lo que podría deteriorar su rendimiento.

“Revestir estas células solares en vidrio pesado, como es estándar en las células solares de silicio tradicionales, minimizaría el valor del avance actual, por lo que el equipo está desarrollando actualmente soluciones de empaque ultradelgadas que solo aumentarían fraccionariamente el peso de los dispositivos ultraligeros actuales. ”, dice Mwaura.

“Estamos trabajando para eliminar la mayor cantidad posible de material no activo solar y al mismo tiempo conservar el factor de forma y el rendimiento de estas estructuras solares ultraligeras y flexibles. Por ejemplo, sabemos que el proceso de fabricación se puede simplificar aún más imprimiendo los sustratos liberables, equivalente al proceso que utilizamos para fabricar las otras capas de nuestro dispositivo. Esto aceleraría la traducción de esta tecnología al mercado”, añade.

Esta investigación está financiada, en parte, por Eni SpA a través dela Iniciativa Energética del MIT, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá.

Los investigadores del MIT han desarrollado células solares delgadas como el papel que pueden adherirse a casi cualquier material, informa Elissaveta M. Brandon de Fast Company. "Tenemos una oportunidad única de repensar cómo es la tecnología solar, cómo se siente y cómo la implementamos", afirma el profesor Vladimir Bulović.

Los investigadores del MIT han desarrollado un panel solar ultrafino que puede adherirse a cualquier superficie para acceder a energía inmediata, informa Jules Suzdaltsev para Mashable. "Estos paneles ultraportátiles pueden marcar la diferencia en regiones remotas donde las emergencias requieren más energía", escribe Suzdaltsev.

Investigadores del MIT han desarrollado una nueva célula solar ultrafina que puede adherirse a diferentes superficies proporcionando energía mientras viaja, informa Clara McCourt para Boston.com. "La nueva tecnología supera a los paneles solares convencionales tanto en tamaño como en capacidad, con 18 veces más potencia por kilogramo y una centésima parte del peso", escribe McCourt.

El periodista de Popular Science, Andrew Paul, escribe que los investigadores del MIT han desarrollado una nueva célula solar ultrafina que pesa una centésima parte de los paneles convencionales y podría transformar casi cualquier superficie en un generador de energía. El nuevo material podría generar "18 veces más energía por kilogramo en comparación con la tecnología solar tradicional", escribe Paul. "No sólo eso, sino que sus métodos de producción muestran un potencial prometedor para la escalabilidad y la fabricación importante".

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